بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش روش جدیدی برای تولید هیدروکسیآپاتیت از منابع طبیعی با کمک ماکروویو و شوک حرارتی ارائه شده است. آنالیز تفرق اشعه ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - روی نمونههای تولیدی به منظور بررسی خواص ساختاری و مورفولوژی ماده تولیدی انجام گرفت. نتایج - XRD - حضور اکسیژن، فسفر، کلسیم، هیدروژن و منیزیم را تایید کرد و مشخص گردید که پودر حاصله هیدروکسیآپاتیت است. همچین تصاویر TEM نیز حضور ذرات کروی شکل هیدروکسیآپاتیت در ابعاد نانو را تایید نمود.
-1 مقدمه
هیدروکسیآپاتیت یک بیوسرامیک شناخته شده است که در مقیاس وسیعی به عنوان بیومتریال در مصارف پزشکی استفاده میشود. هیدروکسیآپاتیت جزء معدنی و اصلی تشکیلدهنده استخوان میباشد. روشهای متفاوتی برای تولید هیدروکسیآپاتیت مورد استفاده قرارگرفته است که ازجمله میتوان روش رسوبگذاری [1]، امواج آلتراسونیک [2 ]، سل-ژل [3 ]، الکترولیزینگ [4]، عملیات حرارتی [5] و پیرولیز [6] را نام برد.
اما یک روش جایگزین برای تولید هیدروکسیآپاتیت استخراج آن از منابع طبیعی مثل صدف دریایی [7]، پوسته تخممرغ [8]، استخوان گاو [9]، گیاهان [10 ] و استخوان ماهی[11] است. مزیت هیدروکسیآپاتیت استخراج شده از منابع طبیعی حضور جزئی یونهایی مثل منیزیم، زینک، سدیم و غیره میباشد. تولید هیدروکسیآپاتیت از استخوان پستانداران فرایندی کم هزینه است. موروگان و همکاران موفق به تولید هیدروکسیآپاتیت از استخوان گاو در ابعاد نانو شدند .
[9] در میان پستانداران استخوان سگ بیشترین شباهت را به استخوان انسان دارد .[12] در حال حاضر استفاده از ماکروویو در بیومتریالها بهویژه بیوسرامیکها مزایای زیادی نسبت به روشهای گرمایی معمول دارد. تفاوت در گرمایش با مایکروویو در مقایسه با روشهای مرسوم در این میباشد که گرما در مایکروویو در سطوح ملکولی ایجاد میشود و جهت حرارت دادن ماده نیاز به انتقال حرارت از منبع حرارتی نیست؛ بلکه خود ماده بهعنوان منبع تولید حرارت است.
بنابراین تولید هیدروکسیآپاتیت با استفاده از ماکروویو دارای مزایای متعددی از جمله گرمایش سریع، زمان سنتز کوتاهتر و تبدیل انرژی کارآمد است .[13] سورش کومار و همکاران با استفاده از اشعه ماکروویو به تولید نانو هیدروکسیآپاتیت گل شکل از پوسته تخممرغ پرداختهاند [14] .بر اساس یافتههای صورت گرفته تاکنون از ماکروویو برای تولید هیدروکسیآپاتیت از منابع طبیعی استفاده نشده است. در این پژوهش، به تولید هیدروکسی آپاتیت از استخوان سگ به عنوان شبیهترین ماده به لحاظ بایولوژیک به استخوان انسان [12] با کمک ماکروویو پرداخته شده است.
-2 مواد و روشها
پس از تهیه استخوان ران سگ ابتدا آنرا بهمدت 1 ساعت در آب جوشانده تا گوشت و چربیهای متصل به آن جدا شود. سپس استخوانها به مدت 24 ساعت در دمای محیط خشک شدند. استخوانهای خشک شده بهصورت دستی خرد شدند و برای رسیدن به دانه بندی یکدست از مش 4 میلی متر عبور داده شدند؛ پس از آن بهمدت ده دقیقه در ماکروویو خانگی حرارت داده شده و سپس بهمدت 30 دقیقه در فریزر با دمای -19 قرار داده شدند.
شکل - 1 - سیکل مورد استفاده برای عملیات حرارتی نمونهها را در دمای 600 درجه سانتیگراد نشان میدهد. پودر حاصل جمعآوری شده و برای آنالیزهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت. آنالیز ساختاری اشعه ایکس توسط دستگاه پراش اشعه ایکس روی پودر تولیدی در دمای موردنظر انجام شد. در این روش از اشعه Cu k - - استفاده شد و آنالیز پودرهای تولیدی در زاویههای 60> 2>25 انجام گردید. پارامترهای سلول واحد توسط نرم افزار xpertمحاسبه و از میکروسکوپ الکترونی عبوری با ولتاژ 200 کیلو وات برای آنالیز پودرها استفاده شد.
-3 نتایج و بحث
شکل - 2 - الگوی پراش اشعه ایکس پودر هیدروکسیآپاتیت تولید شده در دمای 600 درجه سانتیگراد را نشان میدهد که با الگوی پراش اشعه ایکس نمونه استاندارد - JCPDS card no. 01-074-0565 - هیدروکسیآپاتیت هماهنگ است. از تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس مشاهده شده است که در روش پیشنهادی میتوان بعد از 10 دقیقه حرارت در ماکروویو و 30 دقیقه شوک حرارتی در دمای -19 و 3 ساعت حرارت در کوره در دمای 600 درجه سانتیگراد هیدروکسیآپاتیت تولید کرد. اندازه دانهها با استفاده از روش شرر تخمین زده شد. محاسبات نشان میدهد که اندازه دانه برای پودر حاصل در حدود 30 نانومتر میباشد.01-074-0565
شکل :2 الگوی پراش اشعه ایکس پودر هیدروکسیآپاتیت پس از عملیات حرارتی شکل - 3 - نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - از پودر هیدروکسیآپاتیت را نشان میدهد. متوسط اندازه کریستال هیدروکسیآپاتیت در دمای 600 درجه سانتیگراد 30 نانومتر برآورد شد. گزارشهای متعدد روشهای مختلف تولید هیدروکسیآپاتیت از منابع طبیعی گوناگون را نشان دادهاند. در پژوهش حاضر تولید هیدروکسیآپاتیت خالص با روش حرارتی ساده از منبع ارزان و در دسترس سگ نشان داده شد؛ که میتواند بهعنوان ماده بیوسرامیک بهگونهای امیدوارکننده در صنعت پزشکی استفاده شود. همانگونه که مشاهده میگردد نانوذرات تولید شده عمدتا دارای اندازه دانه محدود بوده و برای خنثی کردن اثرات مرتبط با بارهای سطحی تمایل زیادی به اگلومره شدن دارند.
-4 نتیجه
با توجه به بررسیهای صورت گرفته میتوان نتایج حاصل از تحقیق فوق را به اینصورت بیان نمود:
:1 بهدلیل شباهت بسیار بالای استخوان سگ به استخوان انسان از لحاظ بایولوژیک امکان تولید نانوذرات هیدروکسیآپاتیت از این منبع طبیعی بررسی و تایید گردید.
:2 سیکل حرارتی پیشنهادی بهصورت مجموعهای از شوک حرارتی با فریزر و در نهایت حراردت دادن در دمای600 درجه سانتیگراد قادر به تشکیل کریستالیتهای هیدروکسی آپاتیت میباشد.
:3 نانوذرات سنتز شده دارای مورفولوژی کروی و دانهبندی نسبتا محدود با میانگین اندازه دانه حدود 30 نانومتر هستند.
:4 نتایج حاصل از TEM در تایید نتایج XRD اگلومره شدن ذرات را به مقدار شدید نشان میدهد.
